Chương 1 đề cập đến cái nhìn tông quan nhất về Internet of Things (IoT) và ứng dụng của nó trong phát triển các hệ thông thông minh. Ngoài ra còn đề cập đến một số khái niệm, công cụ được sử dụng trong quá trình xây đựng hệ thống đèn cảm ứng cho nhà thông minh.1 Tổng quan về loT (Internet of Things) 1.1 Khái niệm Internet of Things hay IoT đề cập đến hàng tý thiết bị vật lý trên khắp thế giới hiện được kết nối với internet, thu thập và chia sẻ đữ liệu. Nhờ bộ xử lý bên trong củng mạng không dây, bạn có thể biến mọi thứ trở nên chủ động và thông minh hơn. Hiểu một cách đơn giản loT là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau.
Việc kết nối có thê thực hiện qua wifñ, kết nối băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZipBee, hồng ngoại. Các thiết bị có thể là đện thoại thông minh, máy máy tính bảng, điều hòa, bóng đèn, máy giặt và nhiều thiết bị khác. Hầu hết các ngành nghề hiện nay đều phát triển hơn dựa trên sự kết nối linh hoạt của mạng lưới loT. Bao gồm từ giáo dục, nông nehiệp, công nghiệp, y tế,.
tJ actuator @- actuator có ry actuator Hình 1.2 Đặc tính cơ bản của loT e - Tính kết nối liên thông: là khả năng các thiết bị đều có thê kết nối với nhau e _ Tính không đồng nhất: Các thiết bị trong mạng lưới loT sở hữu phần cứng cũng như network khác nhau nên không đồng nhất. ® Thay đổi linh hoạt: Số lượng và trạng thái thiết bị đều có thể thay đổi. e - Quy mô lớn: mạng lưới IoT có rất nhiều các thiết bị kết nỗi với nhau thông qua Internet. ® - Đáp ứng các dịch vụ liên quan đến “Things”, 1.3 Uu, nhược điểm của loT 1.1 Uu điểm e - Khả năng giao tiếp giữa các thiết bị giúp nâng cao chất lượng sản phâm e _ Tự động hóa giúp giám sát thiết bị tốt hon.
e©_ Tiết kiệm thời gian, tién bac. e Dé quản lí và cải thiện chất lượng sản phâm.2 Nhược điểm ® - Do chưa có các tiêu chuẩn quốc tế về khả năng tương thích nên vấn đề tương thích giữa các thiết bị gặp nhiều khó khăn. e - Độ phức tạp của mạng lưới loT mang lại nhiều khó khăn trong việc khắc phục hậu quả khi gặp lỗi trong phần mềm hoặc phần cứng. e Khi viéc chia sẻ thông tin trên Internet có thể dẫn đến việc bị đánh cắp thông tin.
® - Việc đưa vào hoạt động của một mạng lưới loT phải được kiểm tra nhiều lần trước khi sử dụng để đảm bảo an toàn cho người dùng 1.4 Lợi ích của loT đối với con người loT được coi là chìa khóa thành công của con người trong tương lai gần, nó tác động tích cực đến đời sống, công việc thông qua nhiều ứng dụng: ® Tự động hóa hệ thống nha thông minh © Quan ly cac thiét bi cá nhân bằng kết nối mạng e - Mua sắm thông minh qua các phần mềm máy tính, điện thoại e - Quản lý môi trường, chất thải trong các nhà máy, xí nghiệp e - Quản lý, lập kết hoạch công việc cho các doanh nghiệp, công ty ® Theo dõi sức khỏe từ xa i (Consumer and Home ( Smart Infrastructure Securityand sư R = = Surveillance c== sc= B _ Bes _š | oa, Healthcare ( Transportation đe ` / >, Ss. <a" ca = «=p FỔ | mỉ vn : 3 " © \ —. ( Retail al Others ‘ ", i 4 , fm) cent hy bse <P ch ® j “ a> Hình 1.2 Ứng dụng của loøT 1.2 Tổng quan về hệ thống đèn cảm ứng thông minh và hệ thống nhúng 1.1 Đèn cảm ung thong minh la gi? Đèn cảm ứng là loại đèn có khả năng tự động điều chỉnh trạng thái bật/tắt hoặc điều chỉnh độ sáng dựa trên tín hiệu từ các cảm biến tích hợp trong hoặc gắn kèm với nó. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và tăng cường tiện nghi sử dụng.
* Ứng Dụng: - Trong Nhà: Sử dụng cho phòng tắm, hành lang, phòng bếp, nơi cần chiếu sáng tự động khi có người sử dụng. - Ngoài Trời: Sử dụng cho sân vườn, lối đi, đèn đường, nơi cần chiếu sáng tự động để cải thiện an ninh và tiện nghi. - Các Tình Huống Đặc Biệt: Đèn cảm ứng với cảm biến chuyền động trong hệ thống an ninh, đèn cảm ứng ánh sáng đề tự động bật/tắt dựa trên điều kiện ánh sáng.1 Hệ thông nhúng * Định Nghĩa: - Hệ thông nhúng là một hệ thong máy tính được thiết kế đề thực hiện một chức năng cụ thé trong một thiết bị hoặc hệ thống lớn hơn. Trong trường hợp của đèn cảm ứng, hệ thống nhúng bao gồm các thành phần phần cứng và phần mềm đề điều khiến đèn dựa trên đữ liệu từ cảm biên.
Các Thành Phần Chính: - Cảm Biến: Nhận diện các yếu tô môi trường như chuyền động, ánh sáng. - Bộ Xử Lý Trung Tâm: Thường là vi điều khiển (microcontroller) hoặc bộ xử lý nhó gọn để xử lý đữ liệu từ cảm biến và điều khiển đèn. - Mạch Điều Khién Đèn: Gồm relay hoặc MOSFET đề bật/tắt đèn theo tín hiệu từ bộ xử lý. - Nguồn Cung Cấp: Cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thông.
Nguyên Lý Hoạt Động Đèn Cảm Ứng * Cơ Chế Hoạt Động: - Cảm Biến: Được đặt để phát hiện các yếu tố môi trường. Ví dụ, cảm biến PIR phát hiện chuyền động dựa trên thay đối nhiệt độ, trong khi cảm biến ánh sáng đo cường độ ánh sáng xung quanh. - Bộ Xử Lý: Nhận tín hiệu từ cảm biến và xử lý chúng theo các thuật toán đã lập trình sẵn. Dựa trên các điều kiện (như phát hiện chuyên động hoặc mức ánh sáng), bộ xử lý quyết định hành động cần thực hiện.
- Mạch Điều Khiến Đèn: Nhận tín hiệu từ bộ xử lý và điều khién trang thái của đèn (bật hoặc tắt) thông qua relay hoặc MOSFET. * Nguyên Lý Cụ Thể: - Cảm Biến PIR (Passive Infared): - Nguyên Lý Hoạt Động: Cảm biến PIR phát hiện sự thay đối trong nhiệt độ xung quanh do chuyền động của đối tượng (như người). Khi có sự thay đổi đáng kế, cảm biến gửi tín hiệu đến bộ xử lý. - Ứng Dụng: Được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng tự động cho hành lang, phòng tắm, và các khu vực cần cảm ứng chuyền động.
- Cảm Biến Anh Sang (LDR - Light Dependent Resistor): - Nguyên Lý Hoạt Động: Cảm biến LDR đo cường độ ánh sáng. Khi ánh sáng giảm xuống dưới một ngưỡng cài đặt, cảm biến gửi tín hiệu cho bộ xử ly để bật đèn. Khi ánh sáng đủ, cảm biến gửi tín hiệu để tắt đèn. - Ứng Dụng: Thường được sử đụng trong các hệ thống chiếu sáng ngoài trời như đèn đường hoặc đèn vườn.
* Quy Trình Hoạt Động: 1. Nhận Dữ Liệu: Cảm biến tiếp nhận đữ liệu từ môi trường (chuyên động hoặc ánh sáng). Xử Ly Dữ Liệu: Bộ xử ly phân tích dữ liệu từ cảm biến. Nếu điều kiện được thỏa mãn (như phát hiện chuyên động hoặc mức ánh sáng thấp), bộ xử lý sẽ gửi tín hiệu đề bật đèn.
Điều Khiến Đèn: Mạch điều khiển nhận tín hiệu từ bộ xử lý và thực hiện hành động điều khiển đèn (bật hoặc tắt). * Vị Dụ Minh Họa: Peewee dhe wee eee - Đèn Cảm Ứng PIR: Trong một hành lang, khi có người di chuyên qua, cảm bién PIR phat hiện sự thay đổi nhiệt độ và gửi tín hiệu để bật đèn. Đèn sẽ tự động tắt sau một khoảng thời gian nêu không có thêm chuyên động. - Đèn Cảm Ứng Ánh Sáng: Trong một khu vườn, đèn sử dụng cảm biến ánh sáng sẽ tự động bật khi trời tối và tắt khi trời sáng.2 Nhu cau thiết yếm Hệ thông đèn cảm ứng thông minh đang trở thành một thuật ngữ quen thuộc và trở nên phỏ biến trong các ngôi nhà hiện đại, công nghệ này đã biến đổi những bóng đèn truyền thống giúp bạn chăm sóc ngôi nhà mình theo cách riêng.3 Đèn thong minh Sự khác biệt giữa hệ thống đèn cảm ứng thông mình với hệ thông đèn cô điền e - Hệ thống đèn chiếu sáng cỗ điển: mỗi khi muốn bật tắt thiết bị, người đùng bắt buộc phải tác động đóng mở đến các công tắc vật lý, các aptomat, cầu dao.
kết nối với thiết bị đó. Tuy nhiên với việc xã hội ngày càng phát triển, các hệ thống đèn cảng ngày càng lớn, con người không thể mỗi khi bật/tắt đèn lại phải đến chỗ công tắc điều khiến thủ công được e Hệ thống đèn thông minh: Người dùng có thể điều khiển hệ thống đèn bằng cách di chuyên lại gan (ở chế độ tự động) hoặc điều khiến qua điện thoại thông minh của minh, giúp tiết kiệm thời gian vả công sức Hệ thống đèn thông minh giúp người đùng dễ dàng tương tác với các thiết bị đèn chiếu sáng trong căn nhà của mỉnh, và cảm giác các đèn cảm biến thông minh nảy không còn là những vật vô tri vô giác, đem đến cho người dùng những trải nghiệm thú VỊ.3 Xu hướng phát triển hệ thông thông mình hiện nay Ngày nay, khi khoa học công nghệ ngày cảng phát triển, nhu cầu sử dụng các thiết bị thông minh ngày cảng tăng cao. Các hệ thống nhà thông minh bây giờ rất phô biến với hệ thống chiếu sáng thông minh, giúp tăng chất lượng cuộc sống và thỏa mãn nhu cầu của con người hiện nay. Nếu như trước kia bạn phải di chuyển đề bật/tắt hệ thống dén cua minh thi nay với chiéc smart phone bạn đã có thể điều khiển được hệ thống chiếu sáng một cách nhanh chóng tiện lợi với các chế độ phù hợp với nhu cầu sử dụng cua gia đỉnh.4 Xu hướng phát triển hệ thống thông minh CHUONG 2.
LINH KIEN VA PHAN MEM SU DUNG Chương 2 sẽ trình bày về các thành phần phần cứng, phần mém, linh kién, thiét bi cần sử dụng trong hệ thống đèn cảm ứng thông minh. Từ đó có thế phân tích và thiết kế hệ thống một cách hợp lí cho một hệ thống đèn cơ bản.1 Tổng quan về Arduino và lập trình Arduino 2.1 Khải niệm Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gom mot board mach nguồn mở, được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bít, hoặc ARM Atmel 32 bít. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 công giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chan I/O ky thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác.
Trong hệ thống nảy chúng ta sử dụng Arduino Uno R3. Đây chính là loại board đơn giản nhất nên rất phù hợp với những người mới bắt đầu tìm hiểu về lĩnh vực này.